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研究生: 沈牧民
Mu-Ming Shen
論文名稱: 鐵路牽引變電所過電流保護及供電饋線故障定位之研究
Study the Overcurrent Protection of Railway Electric Traction Substation and the Faulted Location of Power Supply Feeder
指導教授: 辜志承
Jyh-Cherng Gu
口試委員: 楊金石
Jin-Shyr Yang
楊明達
Ming-Ta Yang
陳在相
Tsai-Hsiang Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 149
中文關鍵詞: 牽引饋電系統保護協調架空電車線故障定位
外文關鍵詞: Electric Railway System, Overcurrent Protective Coordination, Trolley Wire, Fault Location
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  • 對我國而言,電氣化鐵路交通是長程運輸的重要工具,無論是於社會民生或國防安全均扮演非常重要角色,因此,對於鐵路牽引饋電系統之安全性與供電可靠度要求也相對重視。然而因天然、人為與設備等因素,電氣故障的發生是難以預知且避免,必須設計一具保護協調性之系統,於故障發生後,將故障排除時間與斷電區間極小化,以保障人員與設備之安全。牽引列車之供電饋線隨著鐵路穿梭於人煙稀少之荒郊野外或人口密集之都會地區,可能因不同的原因發生斷線,唯有迅速定位並排除故障,方能確保供電可靠度與安全性。
    本文首先檢討鐵路牽引變電所應用傳統過電流電驛之保護協調現況,針對其缺點提出更合適之保護規劃與電驛設定。主要概念係藉由具IEC 61850通訊能力之智慧型電子裝置(IED),規劃其動作邏輯,完成區域選擇性閉鎖及斷路器失效保護功能,可具體改善既有系統保護不協調之缺失。針對架空電車線之故障定位,本文探討各不同饋電架構之故障定位方法,並特別針對直接饋電架構,提出創新之智慧式雙端法,此法可同時考慮故障電阻和牽引負載影響因子之故障定位方法,模擬結果顯示,其故障定位誤差不超過0.07%。


    Railway electric traction is an important tool for long way transportation in our country. It plays a key role not only for people daily life but also for military purpose. Hence, both the security and dependability of electric railway power supply system are well noted. However, due to such as the natural disasters, human error and devices malfunction, the system fault may occasionly happen and is unpredictable and unavoidable. To guard the operator and systems safely a coordinated protection system is required. The main purpose is to minimize the fault duration and losing power zone once the fault occurs. As the railways running through the urban and suburban areas, the locomotive of trolley wire may interrupt because of the different reasons. It is the way to guarantee the reliability and the security of the power supply system by quickly fault detection and isolation.
    First of all, the tranditional overcurrent protection scheme is intensively reviewed. Then, an improved protection scheme and relay setting are proposed mainly by aid of IED which enbed with IEC 61850 communication capability. The logic programming, Zone Selective Interlocking(ZSI) and Breaker Failure Protection(BFP) functions will all present. Next, there are several methods aim to different locomotive power fedding scheme have been introduced to identify the fault location of trolly wire. Finally, an innovation intelligence double-ended method is proposed for direct power feeder scheme. The fault resistance and the traction load condition may impact the estimation of fault location. However, our innovation method can handle the mention possibility. The simulation shows that the fault location estimation error not more than 0.07%.

    中文摘要 I Abstract III 目錄 V 圖目錄 IX 表目錄 XIII 第一章 緒論. 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻探討 3 1.3 研究方法 5 1.4 論文架構 6 第二章 牽引饋電系統供電架構 9 2.1 前言 9 2.2 國際牽引饋電系統概論 9 2.3 架空電車線饋電方式 15 2.3.1 AT 饋電 15 2.3.2 BT 饋電 16 2.3.3 直接饋電 17 2.4 國內牽引饋電系統簡介 18 2.4.1 變電站架構 19 2.4.2 架空電車線系統 20 2.4.3 饋電系統之轉供 24 2.5 本章小結 25 第三章 牽引饋電系統之保護協調 27 3.1 前言 27 3.2 牽引饋電系統之過電流保護原則 27 3.3 鐵路應用傳統過電流電驛之保護協調 29 3.4 鐵路應用智慧型電子裝置之保護協調 33 3.4.1 IEC 61850 GOOSE 機制 33 3.4.2 區域選擇性閉鎖(ZSI) 35 3.4.3 斷路器失效保護(CBFP) 37 3.5 本章小結 38 第四章 牽引饋電系統之等效模型推導 39 4.1 前言 39 4.2 饋電電源 39 4.3 牽引變壓器 41 4.4 架空電車線系統 49 4.5 牽引負載 55 4.6 本章小結 56 第五章 架空電車線系統之故障定位 57 5.1 前言 57 5.2 阻抗法 57 5.3 感抗法 58 5.4 吸上電流法 59 5.5 上下行電流法 61 5.6 分段線性法 63 5.7 分布參數法 66 5.8 智慧式雙端法 68 5.9 本章小結 72 第六章 保護協調之模擬與分析 73 6.1 前言 73 6.2 範例系統 73 6.3 模擬方法與步驟 75 6.4 模擬鐵路應用傳統過電流電驛之保護協調 77 6.5 模擬鐵路應用智慧型電子裝置之保護協調 102 6.5.1 IEC 61850 GOOSE 機制 102 6.5.2 區域選擇性閉鎖(ZSI) 103 6.5.3 斷路器失效保護(CBFP) 108 6.6 模擬結果與分析 111 6.7 本章小結 113 第七章 架空電車線之故障模擬與故障定位 115 7.1 前言 115 7.2 模擬方法與步驟 115 7.3 AT 與BT 饋電架構之故障模擬與定位 116 7.3.1 AT 饋電故障定位 117 7.3.2 BT 饋電故障定位 123 7.4 直接饋電架構之故障模擬與定位 126 7.4.1 直接饋電故障定位 127 7.5 模擬結果與分析 136 7.6 本章小結 138 第八章 結論與未來研究方向 141 8.1 結論 141 8.2 未來研究方向 143 參考文獻 146

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    無法下載圖示 全文公開日期 2021/07/18 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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